石油钻杆接头热处理工艺

探讨石油钻具转换接头的热处理【摘要】转换接头作为石油钻具设备的一个重要组成部分，要求转换接头要具备非常好的安全性以及可靠性。

而石油钻具转换接头是由合金结构钢材料来构成，在对转换接头进行热处理时要求比较高，并且不同加热工艺对于操作要求、操作环节以及操作人员技术要求都不相同。

因此，本文主要从转换接头热处理操作工艺入手，简单介绍了热处理工艺步骤，并对淬火加热、加热温度确定、加热所需时间以及保温时间、淬火冷却处理操作进行分析介绍，使大家能更进一步的了解石油钻具转换接头设备的热处理操作。

【关键词】转换接头石油钻具热处理石油钻具中有一个非常重要的零件就是钻柱转换接头，这一部位对于可靠及完全性要求相对比较高。

其质量及体积相对比较大，主要构成材料有40CrNiMoA 钢、4145H钢以及40CrMnMo钢。

根据毕氏准数Bi来对薄件厚度进行划分，其最值可以达到280mm。

如果部件间隔长度不超过D/2时，接头加热时间应根据加厚工件来进行计算分析[1]。

从转换接头结构特点以及质量需求方面考虑，钻具转换接头热处理环节也存在较多特点。

本文主要介绍了热处理具体操作工艺在石油钻具转换接头加热处理中的应用。

1 石油钻具转换接头热处理操作流程热处理处理转换接头步骤为：①放料；②粗车处理；③钻孔操作；④正火；⑤调质处理；⑥精车操作。

由于转换接头质量大，尺寸也较大，要求其具有非常高的可靠性及安全性，为了确保钻具转换接头具有的高综合力学性能，在实行调质操作之前应先完成正火操作，确保成分均匀并实现晶粒细化工作，从而为提高钢材质韧性以及淬透性作下铺垫工作。

除此之外，此操作步骤还能起到帮助消除一些材料中存在的带状组织以及其他问题对产品造成不良影响。

2 热处理过程中淬火加热分析按照工件入炉温度差异可以将其分成三种不同情况。

（1）直接将冷工件投入到正火温度、炉温已达到淬火的炉内进行加热处理。

这种做法具有的特征是截面温差相对比较大，但是加热速度非常快，通常比较多用于小型工件中。

抽油机生产工艺(三)
钻杆生产工艺包括接头加工和摩擦焊接两个工序。

接头加工工艺流程：毛坯接头进场后经过内削、外削、特殊加工（只限公扣）、热处理、打硬度磁粉探伤、螺纹加工、刻印、镀铜或磷化（外协）、制得成品接头，送至压接线。

摩擦焊接：接头加工后的成品接头经端部加工、压接（将端部车好的原管与加工线送来的成品接头对焊）、焊缝退火、精加工、焊缝淬火、焊缝回火、自主检、探伤、成品喷标，最终得到成品钻杆。

工艺流程图见图1。

去摩擦压接成品
图1 工艺流程图。

分析石油钻具的热处理工艺及改进措施石油钻具的热处理工艺是在对石油进行勘探过程中经常使用的工具，但在实施热处理当中却存在一定的问题。

因此，本文针对石油钻具的热处理工艺及改进措施做出了进一步探究，对具体工作的条件以及损坏的形式、存在的主要问题、工艺改进的措施给出了具体的分析。

标签：石油钻具；热处理工艺；工艺改进在对石油实施勘测以开采的过程中，石油钻具起到了非常重要的作用。

但是，在对该项工具进行处理的过程中，由于我国对其的探究起步比较晚，有很多的工作还有待进一步完善。

因为工艺的不成熟，所以在天气较情况比较差的情况当中，经常会出现损坏的现象，对日常工作的有序实施造成了阻碍，所以，在实际工作当中，要对实践经验进行总结，以便将热处理工艺进行改进，对石油的勘测以及开采工作的进行有着非常重要的帮助作用。

1 具体工作的条件以及损坏的形式在真实对地质进行钻探当中，钻机会借助钻具，把钻矩以及实际的轴向压力向钻头的方向进行传送，以便能够对底层实施良好的钻探，在这一过程当中，转具会与岩壁产生非常大的摩擦，变形弯曲，并会受到非常巨大的冲击力[1]。

如果选择的钻机质量不合格，那么在比较差的环境下进行工作时，发生损坏的概率会非常高，其中损坏的类型有：钻具发生断裂、管壁产生非常严重的磨损，弯曲的程度非常大、管壁产生裂缝，并且出现洞眼、丝扣处会发生磨损并且出现变形。

2 石油钻具的热处理工艺存在的主要问题2.1 材料的质量对材料的质量进行细致的分析，主要有以下几个层面：材料表面的质量、材料当中的构成成分、杂质物呈现出不均匀的分布状态[2]。

如果选用了较差的钻具，最直接的表现便是该项工具的表面有裂纹产生，裂纹一般会在炼钢以及锻造之后实施热处理。

在一系列的加工工序完成之后，可以把钻具的质量进提升。

其中，通常应用的方式为分区加热的形式，可以将成分偏析所带来的影响进行消除。

2.2 外形该项工具阶的外形为空心厚壁管状，其在管道当中，管道壁的实际厚度不会超过将内孔当中的直径，在淬火的过程中，非常容易裂开。

浅析钻杆的热处理工艺滕宇（南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通 226010）摘要：本文通过对钻杆的工作环境、受力情况、性能以及带状偏析的危害分析，通过金相组织分析，回火索氏体组织（淬火+高温回火得到的组织）的晶粒度等级通常不在要求的等级范围之间，这种情况的产生就与组织的情况有极大的联系。

钻杆的热处理就是调质处理，本文研究的钻杆的热处理工艺其实主要研究消除钻杆带状组织的热处理工艺，解决了公司钻杆工件中存在的问题。

关键词：钻杆；硬度要求；金相组织；力学性能；带状偏析1引言在经济飞速发展的今天，机械行业的发展也是日新月异，钻杆在平日生产活动中扮演着越来越重要的角色，钻杆分为地质钻杆，非地质钻杆等。

本文主要研究的是非开挖地质钻杆。

非开挖地质钻杆是用于定向钻进施工中传递钻机扭矩与拉力的一种工具，由于它在定向施工中需要承受扭曲、拉力、弯曲、摩擦、振动，所以它的制作过程非常严格。

但是由于生产力水平的局限性，在平时生产过程中经常会发现钻杆存在有带状偏析的现象，这严重影响了钻杆的质量及使用寿命。

通过对钻杆热处理，解决了该问题，对提高钻杆质量起到重要的作用。

2钻杆失效分析钻杆失效形式主要是钻杆的断裂。

钻杆在导向、定向钻进过程中一但断裂，将会对工程造成严重影响，不仅是经济上的巨大损失，而且影响工期，失去信誉，后果不堪设想。

因此，作为施工个人或企业，一定要学会如何正确地选择和使用钻杆；而作为钻杆生产厂家，要知道各种开挖或非开挖工程对钻杆的特殊要求，生产出高强度、高韧性和高可靠性钻杆。

非地质钻杆失效原因我们可从两方面来分析，人为因素和钻杆本身存在的缺陷，钻杆本身的缺陷又分设计缺陷和材料本身存在的缺陷。

试验证明，钻杆受交变应力作用而疲劳断裂是钻杆断裂失效的主要原因。

下表是钻杆的主要失效形式和失效原因。

表1：钻杆的失效形式和原因 3钻杆的组织性能要求3.1性能要求钻杆在使用过程中必须能够承受巨大的内外压，这使得钻杆必须要有足够高的强度、硬度和耐磨性。

钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法本发明是钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法，该方法分，工件上储料台;工件自动对齐定位:工件进入加热辊道:淬火感应加热:闭环温度控制系统:随线连续喷淋使工件迅速均匀完全淬透:工件内的残留水在沥水台上漏出管内:回火感应加热:9i:外测温闭环控制系统:清除工件表面的氧化皮;冷床:优点:用中频感应加热作为热处理加热热源对环境无污染，安全，氧化皮少，成本低。

加热辊道保证工件在加热处理过程中加热均匀，工件经过此辊道后无需校直机校直，减少了成本。

喷淬装置在随线连续喷淋中使工件迅速均匀完全淬透，除鳞装置使成品工件表面光亮达到本色.沥水台使水和水蒸汽不带回火感应加热线圈内，感应加热线圈使用寿命长。

钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法，其特征是该方法的工艺步骤分为:(1)工件上储料台:工件钢管或石油油井管或钻杆在储料台上整齐排列;储料台台面倾斜2-5度，工件由天车吊到储料台上，自动按序整齐排列:储料台挡料装置为偏心轮结构，对于cp 60-p 139. 7调核偏心轮在不同角度位置，使翻料装置每次只能翻一根料:(2)工件自动对齐定位:工件钢管或石油油井管或钻杆由储料台料架送至第一工位一对齐定位辊道，定位辊道由四个辊轮组成并装有受料开关，其中两端辊轮由电机带动减速机驱动，以使工件对齐;(3)工件进入加热辊道:工件钢管或石汕油井管或钻杆进入加热辊道，进行均匀加热，在加热辊道上倾斜安装v型辊轮和变频调速电机和减速机，v型辊轮转速采用变频调速，通过感应器操作步进上料机把对齐架上的工件平稳地抬起，滚送到呈倾斜8-200安装的变频送料机上，变频送料机以设定的速度向前送料，变频送料机为单辊传动，速度、高度可调，工件钢管或石油油井管或钻杆安放在V型辊轮上在感应加热线圈内自转，对工件钢管或石汕油井管或钻杆均匀加热;(4)淬火感应加热:工件钢管或石油油井管或钻杆经加热辊道进入淬火中频感应加热区，本加热区由两套功率不同的中频电源配多组加热感应线圈组成淬火感应加热区，加热温度8501C-1000℃保证工件温度的均匀;(5)闭环温度控制:在感应加热线圈的出口处安装双色红外测温仪进行监测工件的温度，并把信号反馈到中频电源自动调节中频电源的输出功率，组成闭环控制系统，控制产品工艺温度在允许的误差范围内;(6)随线连续喷淋使工件迅速均匀完全淬透:加热后的工件钢管或石油油井管或钻杆进入喷淋淬火区，采用喷淬装置连续将水流喷射到被加热的钢管表面，完全淬透管壁，快速均匀散热的效果，强喷淋5-30秒，选用二套大流最高压水泵，压力为扬程125米每小时的水循环量1000m t [3] /h，总功率在500kW以上，保证使工件表而产生的蒸汽膜破坏;(7)工件上沥水台:去除工件钢管或石油油井管或钻杆经淬火后留在管内的水带入回火线圈内，利用沥水台在二个方向倾斜达到除水目的，一个方向倾斜使工件钢管或石油油井管或钻杆自动移位，另一个方向在工件钢管或石油汕井管或钻杆轴线方向倾斜2-50，使工件钢管或石油油井管或钻杆在沥水台上自动移位时，使工件钢管或石油油井管或钻杆内的水淌光，几分钟后，由气动上料机抬送上回火线辊道上;石油钢管热处理炉随着石油开采难度的不断加大，井深不断加深，对油井管的强度等级要求越来越高，J55钢级油套管己经逐渐不能满足使用要求，N80钢级已成为常规钢级，P110, Q125等钢级的应用越来越广泛，而管材市场多提供J55钢级的钢管，N80, P110, Q125等级钢管采购十分困难。

石油钻杆的摩擦焊接和焊缝热处理工艺研究2010-09-01 14:301、前言在油井管产品中，钻杆由于要直接承受打井作业过程中复杂的弯扭组合载荷，其油田服役的安全性显得至关重要。

根据油田的使用经验，钻杆的失效主要体现在焊缝及内加厚过渡带两个部位。

在提高焊缝的安全性方面，目前国内外各大钻杆生产厂家主要是通过摩擦焊接方法及适当的焊缝热处理工艺来提高焊缝的安全系数，当然，摩擦焊接工艺的可靠性是至关重要的。

钻杆的生产流程如图1示。

2、钻杆摩擦焊接及焊缝热处理技术发展现状钻杆工具接头与管体之间的对焊从早期的电弧焊、闪光对焊逐步发展到当今的连续驱动摩擦焊接及惯性摩擦焊接，钻杆对焊的生产效率越来越高，焊缝的质量却是越来越好。

目前，惯性摩擦焊接方法是最流行，也是最可靠的钻杆对焊方法。

与其他焊接方法相比，惯性摩擦焊接方法有如下优点：2.1 惯性摩擦焊接方法焊接速度快，焊接热影响区窄，晶粒不容易长大，而普通弧焊方式则容易产生宽大的热影响区及晶粒长大现象。

2.2 惯性摩擦焊接方法基本上不会产生焊接灰斑，而闪光对焊方法却较容易产生焊接灰斑而严重影响焊缝质量。

2.3 惯性摩擦焊接过程中由于基本上不用刹车，因此这种方法要比连续驱动摩擦焊接方法更节约能量。

2.4 与连续驱动摩擦焊接方法相比，惯性摩擦焊接方法的焊接时间大约是前者的一半，生产效率可以大大提高。

另外，为了提高焊缝的强韧性，钻杆对焊焊缝的热处理工艺也逐步由焊后回火工艺向焊后焊缝的调质工艺发展。

这种焊后热处理方法显著增加了焊缝的抗疲劳断裂能力。

3、API 标准对钻杆焊缝力学性能的基本要求[1]1997年12月的API SPEC 7的新版标准中，首次将钻杆对焊焊缝的工艺及性能要求明确地列入了标准中。

其基本要求如下：3.1 焊缝必须要进行奥氏体化处理，而且其回火温度不可以低于593ºC。

3.2 为了保证焊接质量，对焊缝还必须进行100%的磁粉检验及超声波检验。

3.3 钻杆对焊必须按批进行，对于每批（不超过400根）焊后的钻杆抽取1根进行力学性能解剖实验。

石油钻杆接头调质处理工艺的设定与改进石油钻杆接头作为钻杆的一部分,通过摩擦焊连接在钻杆杆体两端,分为外螺纹接头和内螺纹接头.在钻井过程中接头处需要经常拆卸,故接头大钳空间处要承受相当大的大钳咬合力,而且在钻井过程中钻杆接头本身要承受扭曲、拉伸、压缩等复合力的作用,所以在设计时对其力学性能要求较高.根据SY/T5290-2000的标准要求,其表面硬度为285~341HB,力学性能为最小屈服强度827.4 MPa,最小抗拉强度965.3 MPa,最小延伸率13% ,最小冲击功54.0J.1.现状分析目前,石油钻杆接头不管是国内还是国外都存在着巨大的市场,而且对其机械性能及抗硫化氢性能等都有了更高的要求.根据现采用的材料SCM435H (国内相应牌号37CrMnMo4)与天津丰东BBH-1000真空渗碳加热炉对其进行热处理,通常情况下,采用880℃油冷+600-630℃回火的调质工艺,不但可以提高材料的强度和硬度，而且还能使材料的韧性得到提高。

经调质处理后的钻杆接头具有较好的综合机械性能，能够达到SY/T5290-2000标准中对钻杆接头的要求.但在实际生产过程中，由于不同型号的钻杆接头具有不同的尺寸，因此，调质工艺也应当做相应调整，为确保不同型号的钻杆接头的各项性能指标能够符合SY/T5290-2000标准[1],同时也为了能够更好的适应市场变化与更高发展,完善和改进石油钻杆接头的热处理工艺势在必行。

2.37CrMnMo4钢热处理工艺过程2.1材质成份37CrMnMo4材质成份如下：0.35%＜C＜0.38%，0.85%＜Mn ＜1.0%，0.15%＜Si ＜0.35%，P ＜0.15%，S ＜0.008%，Ni＜0.25%，0.9%＜Cr ＜1.2%，0.28%＜Mo ＜0.33%，Ca ＜0.006%由上可知,其材料成份最大合金量为3.553%＜5%,含碳量为0.25%＜0.37%＜0.5%,所以其为低合金调质钢.是一种需要经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金钢,主要用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作，受力比较复杂，要求具有良好综合力学性能的重要零件,其碳的质量分数(wc)0.25%＜0.37%＜0.5%，能够保证调质处理后具有良好的综合力学性能。